一種水面艦艇數據綜合處理系統設計與實現?

王 宇 張富強

（91404部隊 秦皇島 066000）

1 引言

水面艦艇作戰系統的數據來源多樣，測試過程中需要對不同來源數據進行分別處理，而后進行統一分析，這樣就導致人力資源消耗大。該系統采用一體化設計，對多種類型數據進行流水線式的作業操作，經過分步處理、集中分析，實現數據處理分析的綜合集成。

2 系統組成及功能

系統主要由數據基礎操作模塊、數據導入導出模塊、數據挑批剃點模塊、數據插值對準模塊、數據輔助分析模塊、歷史數據及態勢回放模塊［1］等組成。

2.1 數據基礎操作模塊

提供對數據的增刪查改等基礎操作，并提供SQL語言的支持，支持對數據的自定義操作功能，實現系統功能的靈活拓展。

2.2 數據導入導出模塊

提供原始數據的入庫功能，采用靈活的數據適配兼容機制，實現不同來源、不同版本、不同格式的數據的導入［2］。數據導入采用向導式操作界面。在界面設計的過程中充分考慮頁面布局與功能布局相結合。

2.3 數據挑批剃點模塊

實現從大量數據中，篩選出有效數據。根據目標原始批號及融合批號，從數據中批量挑出目標相關的所有數據。采用批處理方式對相關批號進行批量處理。

2.4 數據插值對準模塊

數據插值對準操作是進行誤差分析的基礎［3］。挑批剃點后需要對數據進行了線性插值處理，將真值數據和測量數據時刻對準。

測量點真值＝真值數據＋瞬時平均速度×（測量點時間－真值時間）

瞬時平均速度由挑點后真值前后兩點計算得到。

2.5 數據輔助分析模塊

提供數據可視化的對比分析工具。將各來源數據誤差曲線按時間關系進行同步繪制，使用戶在把握整體態勢的同時分析誤差產生原因及各誤差關系［4］，以便更好地分析和解決問題。同時提供時間轉換、誤差統計、選區放縮、顯示控制等輔助分析工具，以提高數據分析的易用性。

2.6 歷史數據、態勢回放模塊

根據數據分析的需要，從歷史數據中提取選定時段的原始數據，進行過濾、轉換、同步等處理后以目標航跡的形式繪制出來，實現歷史態勢、目標表頁的重演［5］。通過數據反復回放，可實現重點時段、區域歷史態勢的對比分析，以利于對難以復現問題的準確定位和有效解決。

3 系統架構、數據庫設計及數據處理流程

3.1 系統架構設計

系統采用基于數據庫的C∕S體系架構，實現完備高效的試驗數據管理和綜合集成的數據處理分析。將現有數據分類導入到數據庫中，進行集中存儲及管理。利用通用管理功能，實現數據的智能檢索、分類瀏覽等基本操作［6］。在此基礎上開發完備的數據導入、導出、轉換、挑批、剃點、插值、壓縮、合并等專用操作功能，滿足數據處理分析的實際需求。

系統由數據管理、數據處理、輔助分析三個分系統組成。數據管理分系統負責原始數據的導入、結果數據的導出、數據的標準化處理、數據庫的增刪查改等基礎操作；數據處理分系統負責異常數據的檢索和過濾、原始數據挑批、數據插值、誤差計算等處理操作［7］；輔助分析分系統負責生成數據圖表，輔助進行誤差曲線分析、歷史態勢回放分析等。

系統組成結構及功能分類如圖1所示。

3.2 數據庫設計

數據庫是將數據處理過程中的原始數據、中間數據、分析結果等數據進行有機的結合，保證數據的完整性和一致性。各個來源數據進行集中存儲，形成類型為Sydb的單一數據文件，目標數據、真值等數據以關系數據表的形式存儲在Sydb類型文件中［8］。清晰的文件存儲結構，標準化的數據庫結構，可以提供方便的數據處理和檢索。

圖1 系統組成結構

3.3 數據處理流程

3.3.1 數據處理業務流程

由測量設備和定位設備分別提供目標的被試系統的大地坐標，錄取設備提供空中或海面目標的瞬時目標參數測量值，在統一時統下，把目標的大地坐標換算為目標相對被試艦艇的位置參數真值［9］，再和錄取設備所錄取的目標參數數據進行比較，得到被試系統的精度。

圖2 試驗數據業務處理流程

3.3.2 數據處理的信息流程

通過數據導入模塊將原始數據導入到數據庫，經過標準化、挑批、插值、誤差計算、誤差分析、態勢回放分析等操作生成試驗結果，通過導出模塊將數據圖表態勢導出用于后續分析處理［10］。信息流程如圖3所示。

圖3 數據處理信息流程

4 數據處理理論模型

4.1 坐標轉換

目標的測量數據為大地坐標數據，即目標的經度、緯度和高度。而初試系統輸出的目標數據為目標相對被試艦艇的方位、距離和仰角數據。所以需要以被試系統錄取的目標參數數據的時間先后為序，將目標測量數據和錄取數據轉換到同一坐標系，分別計算一次差。通常將目標測量數據統一到以全艦回轉中心為原點的坐標系下作為真值，錄取數據也統一到以全艦回轉中心為原點的坐標系下作為觀測值，這樣就可以將目標數據觀測值和測量設備的目標參數真值進行精度統計。

4.2 數據插值

在飛行測試中目標運動軌跡是時間的函數，但不知道其具體形式，只是通過觀測和計算，得到ti時刻的目標空間坐標xi、yi、zi，從這些數據中不能直接得到其它時刻和目標坐標，更不能直接得到任意時刻的目標運動速度和其它運動參數。為了方便使用，需要對原始數據進行插值處理。從實際情況出發，一般采用線性插值。不僅處理簡單，而且因為目標飛行軌跡是非常光滑的連續曲線，在理論上逼近連續函數的理論結果，并可達到所要求的精度［11］。

已知列表函數 f(x)在 x0，x1處的函數值為y0，y1，求一個多項式 y=P(x)，使得 P(x0)=y0，P(x1)=y1。其幾何意義是確定通過兩點(x0，y0)和(x1，y1)的一條直線。

L1(x)是x的一次函數，故這種插值叫做線性插值。在區間[x0，x1]內任一點 x處的函數值f(x)，可用L1(x)近似求取。當|x0-x1|很小時，可以使用線性插值。

4.3 異常值處理

在測試過程中狀態的突然變化或人為的過失都可能產生異常數據，稱其為異常值。在進行數據處理時，對于異常值剔除還是保留，會直接影響統計結果，應當慎重處理。如果能夠想找出可疑值產生的原因，就可以按其產生的原因判為正常值或異常值，從而決定取舍。當有明確的理由可以解釋樣本中的某些異常數據時，如環境條件的突然變化，操作人員的失誤等，應把這些異常數據剔除。

4.4 精度計算

經過坐標轉換，把測量數據轉換成和被試品測量數據同一坐標系，就可與被試系統錄取的目標數據進行精度統計了［12］。下面以一個航次精度（以距離為例）進行分析。設目標相對于被試艦的某一瞬時真值距離為R真(i)，同時我們也可得到目標指示時的此刻目標與被試品距離R(i)，其一次差ΔR(i)為

系統誤差μ為

隨機誤差σ為

均方值m為

其中N為一個航次的采樣點數，i為某一瞬時的等間隔測量值序號。

為了觀察數據的平穩度，描繪出一次差曲線，以等間隔時間為X軸，△R（i）為Y軸，在同一坐標系中，根據不同的比例關系，同時繪出幾個參數的一次差曲線。

5 系統實際測試

利用某型水面艦艇對空精度測試數據，對其進行精度處理，繪制出一次差曲線，驗證了本系統的實用性。

圖5 一次差曲線

6 結語

本系統設計時充分考慮到水面艦艇數據處理中高效率、高可靠性等需求，采用了數據庫進行數據存儲和分析，保證了系統的高效率、高可靠性。依據有關的數據統計理論、精度分析方法等模型進行數據處理模塊開發，保證數據處理結論的準確可信，并對現有數據處理分析方法及流程的分析，提供了數據的自動化數據處理手段和可視化輔助分析手段，形成完備的試驗數據處理分析解決方案。